JPH06210885A - Thermal head - Google Patents
Thermal headInfo
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- JPH06210885A JPH06210885A JP4191322A JP19132292A JPH06210885A JP H06210885 A JPH06210885 A JP H06210885A JP 4191322 A JP4191322 A JP 4191322A JP 19132292 A JP19132292 A JP 19132292A JP H06210885 A JPH06210885 A JP H06210885A
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- Japan
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- heating element
- thermal head
- element layer
- protective film
- carbon
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、耐磨耗性および耐熱性
に優れた保護膜を備えたサーマルヘッドに関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head provided with a protective film having excellent wear resistance and heat resistance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、サーマルヘッドは、基板と、当該
基板上に形成された熱応答性の良い発熱体層と、当該発
熱体層に電流を供給する電極と、前記発熱体層と電極と
を保護する保護膜とから構成されていた。そして、サー
マルヘッドにおける発熱体層の表面は、感熱記録用紙と
絶えず摩擦接触するため、発熱体層部分を耐磨耗性、耐
熱性を有する部材によって保護する必要があった。この
ため、前記保護膜は、感熱記録用紙と発熱体層との磨耗
を防ぐ耐磨耗性および耐熱性の優れた部材が要求されて
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, a thermal head has a substrate, a heating element layer having good thermal response formed on the substrate, an electrode for supplying a current to the heating element layer, the heating element layer and the electrode. And a protective film that protects the. Since the surface of the heating element layer in the thermal head is constantly in frictional contact with the heat-sensitive recording paper, it is necessary to protect the heating element layer portion with a member having abrasion resistance and heat resistance. For this reason, the protective film is required to be a member having excellent abrasion resistance and heat resistance that prevents abrasion between the thermosensitive recording paper and the heating element layer.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
ては、サーマルヘッドの発熱体層部分と感熱記録用紙の
間に耐磨耗性および耐熱性を有する保護膜が存在する。
そして、発熱体層部分の熱は、耐磨耗性および耐熱性の
保護膜を介した上で、感熱記録用紙に伝達されるので、
その応答速度をある程度以上高くできないという問題が
あった。また、保護膜は、その熱応答性を向上させるた
めに、厚さを薄くすると耐磨耗性および耐熱性に問題が
発生する。すなわち、保護膜は、耐磨耗性および耐熱性
と熱応答性とが矛盾し、全部の特性を向上させることが
困難であった。In the above prior art, there is a protective film having abrasion resistance and heat resistance between the heat generating layer portion of the thermal head and the thermosensitive recording paper.
Then, the heat of the heating element layer portion is transferred to the thermal recording paper after passing through the abrasion-resistant and heat-resistant protective film,
There was a problem that the response speed could not be increased beyond a certain level. Further, if the protective film is thinned in order to improve its thermal response, problems occur in abrasion resistance and heat resistance. That is, the protective film was inconsistent in abrasion resistance and heat resistance and thermal response, and it was difficult to improve all properties.
【０００４】本発明は、以上のような課題を解決するた
めのもので、発熱体層を保護する保護膜の耐摩耗性およ
び耐熱性と熱応答性とを共に向上させたサーマルヘッド
を提供することを目的とする。The present invention is intended to solve the above problems, and provides a thermal head in which both the wear resistance and heat resistance and the thermal response of a protective film for protecting a heating element layer are improved. The purpose is to
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のサ−マルヘッドは、基板(1) と、当該基板
(1) 上に形成された発熱体層(3) と、当該発熱体層(3)
に電流を供給する電極(4) 、(4')と、前記発熱体層(3)
および電極(4) 、(4')上に形成され、共有結合して炭素
を主成分とする保護膜(5) とから構成される。In order to achieve the above object, a thermal head of the present invention comprises a substrate (1) and a substrate (1)
(1) Heating element layer (3) formed on top of the heating element layer (3)
Electrodes (4), (4 ') for supplying current to the heating element layer (3)
And a protective film (5) which is formed on the electrodes (4) and (4 ′) and is covalently bonded to contain carbon as a main component.
【０００６】また、本発明のサ−マルヘッドは、基板
(1) と、当該基板(1) 上に形成された発熱体層(3) と、
当該発熱体層(3) に電流を供給する電極(4) 、(4')と、
前記発熱体層(3) および電極(4) 、(4')上に形成された
エネルギーバンド幅が2.3 eVないし3.0eV からなる絶縁
体で、共有結合して炭素を主成分とする保護膜(5) とか
ら構成される。The thermal head of the present invention is a substrate
(1) and a heating element layer (3) formed on the substrate (1),
Electrodes (4), (4 ') for supplying current to the heating element layer (3),
An insulator having an energy band width of 2.3 eV to 3.0 eV formed on the heating element layer (3), electrodes (4), and (4 '), and a protective film containing carbon as a main component by covalent bonding ( 5) consists of
【０００７】さらに、本発明のサ−マルヘッドにおける
保護膜は、水素、ハロゲン元素または珪素が0.01ないし
20モル％添加されていることを特徴とする。Further, the protective film in the thermal head of the present invention contains hydrogen, halogen elements or silicon in an amount of 0.01 to 0.01.
It is characterized in that 20 mol% is added.
【０００８】[0008]
【作 用】本発明のサ−マルヘッドは、基板上に形成
された発熱体層および当該発熱体層に電流を供給する電
極の上に保護膜が形成されている。そして、この保護膜
は、エネルギーバンド幅が2.3 eVないし3.0eV からなる
絶縁体で、共有結合して炭素を主成分とするものであ
る。したがって、前記保護膜は、耐磨耗性および耐熱性
に優れているため、薄く成膜でき、発熱体層からの熱を
応答性良く感熱記録用紙に伝達する。また、上記発熱体
層は、低温によって膜を形成することができ、安価なサ
−マルヘッドとなる。[Operation] In the thermal head of the present invention, the protective film is formed on the heating element layer formed on the substrate and the electrode for supplying a current to the heating element layer. The protective film is an insulator having an energy band width of 2.3 eV to 3.0 eV and is mainly covalently bonded to carbon as a main component. Therefore, the protective film is excellent in abrasion resistance and heat resistance, so that it can be formed thinly and transfers heat from the heat generating layer to the thermosensitive recording paper with good responsiveness. Further, the heating element layer can be formed into a film at a low temperature, and becomes an inexpensive thermal head.
【０００９】[0009]
【実 施 例】本発明は、基板上に発熱体層が設けら
れ、その上面に少なくとも非晶質を有する炭素または珪
素を主成分とする保護膜が形成されているサーマルヘッ
ドであり、この実施例について説明する。先ず、セラミ
ック基板上に形成されたガラス層の上に、非晶質（アモ
ルファス) 、または５〜20Åの大きさの微結晶性を有す
る半非晶質（セミアモルファス）半導体層が形成され
る。そして、これらの非晶質または半非晶質半導体層を
得るために、たとえばプラズマ気相法を採用し、図示さ
れていない反応容器内は、温度100〜450℃好ましくは20
0〜350℃、圧力0.01〜10torr、直流高周波500KHz〜50MH
z ）、またはマイクロ波（たとえば、2.45GHz の周波数
の電磁エネルギー）が印加された状態で、反応性気体と
して、珪素または炭素を主成分とする材料を前記反応容
器内に挿入する。反応性気体、たとえばエチレン、プロ
パン等の炭化水素ガスは、ア−ク放電を発生させてプラ
ズマ化し、かかる電磁エネルギーにより気化し、活性化
し、分解せしめられ、前記基板上に非晶質または半非晶
質半導体層が形成される。EXAMPLE The present invention is a thermal head in which a heating element layer is provided on a substrate, and a protective film containing at least amorphous carbon or silicon as a main component is formed on the upper surface of the heating element layer. An example will be described. First, on a glass layer formed on a ceramic substrate, an amorphous or semi-amorphous semiconductor layer having a microcrystallinity of 5 to 20 Å is formed. Then, in order to obtain these amorphous or semi-amorphous semiconductor layers, for example, a plasma vapor phase method is adopted, and the temperature inside the reaction container (not shown) is 100 to 450 ° C., preferably 20 ° C.
0 ~ 350 ℃, Pressure 0.01 ~ 10torr, DC High Frequency 500KHz ~ 50MH
z) or a microwave (for example, electromagnetic energy having a frequency of 2.45 GHz) is applied, and a material containing silicon or carbon as a main component is inserted into the reaction vessel as a reactive gas. A reactive gas, for example, a hydrocarbon gas such as ethylene or propane is generated into an arc discharge and turned into plasma, and is vaporized, activated and decomposed by the electromagnetic energy, and is amorphous or semi-non-crystalline on the substrate. A crystalline semiconductor layer is formed.
【００１０】上記プラズマ気相法により形成された炭素
被膜は、そのエネルギーバンド巾が2.3eV 以上代表的に
は３eVを有する絶縁体で、炭素の主成分どうしの共有結
合が強い。また、炭素被膜の熱伝導率は、2.5 以上代表
的には5.0(W/ｃｍ deg) とダイヤモンドの6.60(W/ ｃｍ
deg) に近いきわめてすぐれた高い値を有する。さら
に、上記炭素被膜は、ビッカ−ス硬度4500ｋｇ／ｍｍ2
以上、特に、6500ｋｇ／ｍｍ2 というダイヤモンド類似
の硬さを有するきわめてすぐれた特性を見出した。本出
願人は、この特性に着目し、この炭素被膜または珪素被
膜をサ−マルヘッドに適用して、すぐれた耐摩耗性、耐
熱性で熱応答性の優れた保護膜を得ることができた。The carbon film formed by the plasma vapor phase method is an insulator having an energy band width of 2.3 eV or more, typically 3 eV, and strong covalent bonds between the main components of carbon. The thermal conductivity of the carbon coating is 2.5 or more, typically 5.0 (W / cm deg) and 6.60 (W / cm) of diamond.
It has a very high value close to deg). Furthermore, the carbon coating has a Vickers hardness of 4500 kg / mm 2
Above, in particular, it has been found that the diamond-like hardness of 6500 kg / mm 2 is extremely excellent. The Applicant was able to obtain a protective film having excellent wear resistance, heat resistance, and excellent thermal response by applying this carbon coating or silicon coating to a thermal head, paying attention to this characteristic.
【００１１】本実施例において、反応性気体は、炭化水
素、たとえばアセチレン（C2H2）、メタン系炭化水素
（CnH2n+2)等の気体、または珪素を一部に含んだ場合、
テトラメチルシラン（(CH3)4Si）、テトラエチルシラン
（(C2H5)4Si ）等を用いてもよい。前者にあっては、炭
素に水素が30モル％以下、特に、半非晶質とすると、0.
01〜 5モル％と低く存在しつつも、炭素どうしの共有結
合が強くダイヤモンドと類似の物性を有していた。ま
た、後者にあっては、水素が0.01〜20モル％を含み、さ
らに珪素を炭素の１／３〜１／４含むいわゆる炭素過剰
の炭化珪素であり、主成分を炭素としている絶縁性材料
（光学的エネルギーバンド幅Eg＞2.3eV 代表的には3.0e
V)であった。In this embodiment, the reactive gas contains a hydrocarbon such as acetylene (C 2 H 2 ), a methane-based hydrocarbon (C n H 2n + 2 ) or a part of silicon. ,
Tetramethylsilane ((CH 3 ) 4 Si), tetraethylsilane ((C 2 H 5 ) 4 Si) or the like may be used. In the former case, the hydrogen content of carbon is 30 mol% or less, and especially when it is semi-amorphous, it is 0.
Although present as low as 01 to 5 mol%, covalent bonds between carbons were strong and had physical properties similar to diamond. In the latter case, the insulating material is a so-called carbon-excessive silicon carbide containing 0.01 to 20 mol% of hydrogen and further containing silicon in 1/3 to 1/4 of carbon, the main component of which is carbon ( Optical energy band width Eg> 2.3eV, typically 3.0e
V).
【００１２】以下、炭素を主成分とする被膜を耐摩耗層
とする実施例を記載する。本実施例は、非晶質または半
非晶質の絶縁性の炭素または炭素中に水素、珪素が30モ
ル％以下に含有した炭素を主成分とする被膜を形成せん
とするものである。図１（Ａ）は本参考例に用いられた
サ−マルヘッドプリンタの縦断面図を示す。図１（Ｂ）
は図１（Ａ）に示すＢ−Ｂ’の断面図を示す。図１
（Ｃ）は図１（Ａ）に示すＣ−Ｃ’の断面図を示す。図
１（Ａ）において、基板特にセラミック基板(1) 上にグ
レイズされたガラス層(2) が形成され、このガラス層
(2) 上には、発熱体層(3) が形成されている。電極(4)
および(4')は、発熱体層(3) 上において、所定間隔を置
いて配置されている。そして、電極(4) および(4')と発
熱体層(3) の上には、耐摩耗層(5) が形成されている。
また、図１（Ｃ）に示す如く、感熱記録用紙がこすられ
る部分は、発熱体層(3) 上に接して耐摩耗層(5) が設け
られている。Hereinafter, examples in which a coating film containing carbon as a main component is used as a wear resistant layer will be described. This embodiment is intended to form an amorphous or semi-amorphous insulating carbon or a film containing hydrogen and silicon in an amount of 30 mol% or less as a main component in carbon. FIG. 1A is a vertical sectional view of a thermal head printer used in this reference example. Figure 1 (B)
Shows a cross-sectional view of BB ′ shown in FIG. Figure 1
(C) shows a cross-sectional view of CC ′ shown in FIG. In FIG. 1 (A), a glaze glass layer (2) is formed on a substrate, especially a ceramic substrate (1).
A heating element layer (3) is formed on the (2). Electrode (4)
And (4 ′) are arranged on the heat generating layer (3) at a predetermined interval. A wear resistant layer (5) is formed on the electrodes (4) and (4 ') and the heating element layer (3).
Further, as shown in FIG. 1C, a wear-resistant layer (5) is provided in contact with the heat-sensitive recording sheet on the heat-generating layer (3) in the portion to be rubbed.
【００１３】本実施例は、この耐摩耗層(5) を炭素また
は炭素を主成分とした材料とし、この材料をプラズマ気
相法により形成するため、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示す如
く、発熱体層(3) の側部の厚さが発熱体層(3) 上の厚さ
を概略一致させることができるという特徴を有する。こ
れは減圧下（0.01〜10torr) であり、反応性気体の平均
自由行程が長くなり気相法を行うに際しても、側辺への
まわりこみが大きいためである。加えてプラズマ化し反
応性気体どうしに大きな運動エネルギーを与えて互いに
衝突させ、四方八方への飛翔を促していることにある。
耐摩耗層(5) に関しては、以下の如くにして作製した。
すなわち、被形成面を有する基板を反応容器内に封入し
この反応容器を10-3torrまでに真空引きをすると共に、
上記セラミック基板(1) を加熱炉により100〜450 ℃好
ましくは200〜350℃、たとえば 300℃に加熱した。この
後、この雰囲気中に水素ヘリュ−ムを導入し、10-2〜10
torrにした後、誘導方式または容量結合方式により電磁
エネルギーを加えた。In this embodiment, the wear-resistant layer (5) is made of carbon or a material containing carbon as a main component, and this material is formed by the plasma vapor phase method, so that it is shown in FIGS. As described above, the thickness of the side portion of the heating element layer (3) has a feature that the thickness on the heating element layer (3) can be substantially matched. This is because the pressure is reduced (0.01 to 10 torr), the mean free path of the reactive gas is long, and the sneak into the side is large even when performing the gas phase method. In addition, they are made into plasma and given a large kinetic energy to the reactive gases to cause them to collide with each other and promote flight in all directions.
The wear resistant layer (5) was prepared as follows.
That is, a substrate having a surface to be formed is sealed in a reaction container and the reaction container is evacuated to 10 -3 torr,
The ceramic substrate (1) was heated in a heating furnace to 100 to 450 ° C, preferably 200 to 350 ° C, for example 300 ° C. After that, hydrogen helium was introduced into this atmosphere, and 10 -2 to 10
After setting torr, electromagnetic energy was applied by an induction method or a capacitive coupling method.
【００１４】たとえば、電気エネルギーの周波数は13.5
6MHz、出力は50〜500Ｗとし、その実質的な電極間隙は1
5〜150ｃｍと長くした。それはプラズマ化した時の反応
性気体である炭素はきわめて安定な材料であるため、各
元素または炭素が会合した会合分子に対し高いエネルギ
ーを与え炭素どうし互いに共有結合をさせるためであ
る。形成された被膜に関して出力が50〜150Ｗを加えた
時は、非晶質が 250〜500Ｗを加えた時は、半非晶質
が、その中間ではそれらが混合した構造が電子線回折で
観察された。さらに、このプラズマ化した雰囲気に対
し、炭化物気体、たとえばメタンまたはプロパンを導入
した。すると、この反応性気体が脱水素化し、炭素の結
合が互いに共有結合し合って、被形成面に炭素被膜を形
成させることができた。基板の温度が100〜200℃では、
硬度が若干低く、また基板への密着性が必ずしも好まし
いものではなかったが、200℃以上、特に、250 〜350℃
においては、きわめて安定な強い被形成面への密着性を
有していた。For example, the frequency of electric energy is 13.5.
6MHz, output 50-500W, the actual electrode gap is 1
I made it 5 to 150 cm long. This is because carbon, which is a reactive gas when it is turned into plasma, is an extremely stable material, and thus gives high energy to each element or an associated molecule in which carbon is associated with each other so that carbons are covalently bonded to each other. Regarding the formed film, when the output is 50 to 150 W, the amorphous is 250 to 500 W, semi-amorphous is present, and in the middle thereof, a mixed structure is observed by electron diffraction. It was Further, a carbide gas such as methane or propane was introduced into this plasma atmosphere. Then, this reactive gas was dehydrogenated, and carbon bonds were covalently bonded to each other to form a carbon film on the formation surface. When the substrate temperature is 100-200 ℃,
The hardness was a little low and the adhesion to the substrate was not always preferable, but it was 200 ℃ or higher, especially 250-350 ℃.
In Example 1, it had extremely stable and strong adhesion to the formation surface.
【００１５】加熱処理は、450 ℃以上にすると、基板と
の熱膨張係数の差によりストレスが内在してしまい問題
を有し、250〜450℃で形成された被膜が理想的な耐摩耗
材料であった。出発物質をTMS((CH2)4Si)、TES((C2H6)4
Si）を用いると、形成された被膜には珪素が15〜30原子
％含まれる炭素を主成分とする被膜であった。これでも
炭素のみと同様の硬度があった。熱伝導度は炭素のみが
５Ｗ／ｃｍ degであったが２〜３Ｗ／ｃｍ degと少なか
った。以上の如くにして形成された炭素被膜は、0.05〜
0.2 μm の厚さ、すなわち従来の１／５〜１／10の薄さ
であっても105 時間の使用に耐える耐摩耗性を有してい
た。When the heat treatment is carried out at 450 ° C. or higher, there is a problem that stress is inherent due to the difference in the coefficient of thermal expansion from the substrate, and a film formed at 250 to 450 ° C. is an ideal wear resistant material. there were. Starting materials were TMS ((CH 2 ) 4 Si), TES ((C 2 H 6 ) 4
When Si) was used, the formed film was a film containing carbon as the main component and containing 15 to 30 atomic% of silicon. Even this had the same hardness as carbon alone. Only carbon had a thermal conductivity of 5 W / cm deg, but it was as small as 2-3 W / cm deg. The carbon film formed as described above has a thickness of 0.05 to
0.2 [mu] m thick, ie had a wear resistance to withstand the use of 10 5 hours even as thin as a conventional 1 / 5-1 / 10.
【００１６】以上の説明より明らかな如く、本実施例
は、絶縁膜を薄くできるため、この絶縁をサ−マルヘッ
ドの保護膜とした場合、その厚さが0.1〜0.3μm あれば
十分であり、結果としてサ−マルヘッド全体の厚さを薄
くできる。このため、発熱体層の熱は、感熱記録用紙に
速やかに伝達されて、感熱の応答速度を向上させること
ができるようになった。As is clear from the above description, in this embodiment, the insulating film can be made thin. Therefore, when this insulating film is used as the protective film of the thermal head, it is sufficient that the thickness is 0.1 to 0.3 μm. As a result, the overall thickness of the thermal head can be reduced. Therefore, the heat of the heating element layer is quickly transferred to the heat-sensitive recording sheet, and the heat-sensitive response speed can be improved.
【００１７】[0017]
【発明の効果】本発明によれば、サ−マルヘッドの発熱
体層上に高い耐磨耗性および高い耐熱性を有すると共
に、極めて薄い保護膜を形成したため、発熱体層からの
熱は、感熱記録用紙へ高速で応答性し伝達される。ま
た、本発明によれば、保護膜は、非晶質であるため、製
造するに際し低温で安価な薄い膜を得ることができる。According to the present invention, since heat resistance and heat resistance are high on the heat generating layer of the thermal head and an extremely thin protective film is formed, the heat from the heat generating layer is not sensitive to heat. High-speed response and transmission to recording paper. Further, according to the present invention, since the protective film is amorphous, it is possible to obtain an inexpensive thin film at a low temperature during manufacturing.
【図１】（Ａ）は本参考例に用いられたサ−マルヘッド
プリンタの縦断面図を示す。（Ｂ）は図１（Ａ）に示す
Ｂ−Ｂ’の断面図を示す。（Ｃ）は図１（Ａ）に示すＣ
−Ｃ’の断面図を示す。FIG. 1A is a vertical sectional view of a thermal head printer used in this reference example. FIG. 1B shows a cross-sectional view of BB ′ shown in FIG. (C) is C shown in FIG.
A sectional view of -C 'is shown.
１・・・基板 ２・・・ガラス層 ３・・・発熱体層 ４、４’・・・電極 ５・・・耐磨耗層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Glass layer 3 ... Heating element layer 4, 4 '... Electrode 5 ... Abrasion resistant layer
Claims (3)
素を主成分とする保護膜と、 から構成されることを特徴とするサーマルヘッド。1. A substrate, a heating element layer formed on the substrate, an electrode for supplying a current to the heating element layer, formed on the heating element layer and the electrode, and covalently bonded to form a main carbon atom. A thermal head comprising: a protective film as a component.
ド幅が2.3 eVないし3.0eV からなる絶縁体で、共有結合
して炭素を主成分とする保護膜と、 から構成されることを特徴とするサーマルヘッド。2. A substrate, a heating element layer formed on the substrate, an electrode for supplying a current to the heating element layer, and an energy band width formed on the heating element layer and the electrode is 2.3 eV or more. A thermal head that is composed of a 3.0 eV insulator, and a protective film containing carbon as a main component that is covalently bonded.
は、水素、ハロゲン元素または珪素が0.01ないし20モル
％添加されていることを特徴とするサ−マルヘッド。3. The thermal head according to claim 1 or 2, wherein hydrogen, a halogen element or silicon is added in an amount of 0.01 to 20 mol%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4191322A JP2879088B2 (en) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | Thermal head |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP4191322A JP2879088B2 (en) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | Thermal head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06210885A true JPH06210885A (en) | 1994-08-02 |
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ID=16272632
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| JP4191322A Expired - Lifetime JP2879088B2 (en) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | Thermal head |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2879088B2 (en) |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2879088B2 (en) | 1999-04-05 |
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